Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, Новосибирский государственный университет (НГУ), Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова НИЦ «Курчатовский институт» и другие, объявила об открытии новой частицы — экзотического тетракварка Tcс+.  

Частица сильно выделяется среди собратьев и представляет собой новую форму материи. Это единственный известный науке дважды очарованный тетракварк, то есть, содержащий сразу два очарованных кварка, но не имеющий в своем составе очарованных антикварков. Кроме того, это рекордсмен-долгожитель — время его жизни примерно в 10—500 раз больше частиц с похожей массой. Результаты были представлены на European Physical Society conference on high energy physics 2021, а также опубликованы на сайте ЦЕРН.  

Тетракварк — это экзотическая элементарная частица, адрон, состоящий из двух кварков и двух антикварков. Экзотическими тетракварки называют, потому что изначально считалось, что адроны могут состоять или из пары кварк—антикварк (такой адрон называется мезоном), или из трех кварков (в этом случае адрон называется барионом; барионами являются, например, протон или нейтрон). Барионов и мезонов известно много, и они хорошо изучены. Однако более 50 лет назад было сделано предположение, что существуют адроны, состоящие из четырех и даже пяти кварков — тетракварки и пентакварки. На данный момент экспериментально уже обнаружено 4 пентакварка и около 20 тетракварков.  

В названии нового тетракварка Tcс+ буква «T» означает, что это тетракварк, «cс» — что он содержит два очарованных кварка (от «charm»), а общий положительный заряд говорит о том, что частица включает в себя также анти-u-кварк и анти-d-кварк.  

«Частица обладает уникальными свойствами и фактически представляет собой новую форму материи, — пояснил участник коллаборации LHCb, заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН академик Александр Евгеньевич Бондарь. —  c-кварки, входящие в новый тетракварк, относительно тяжелые: каждый обладает массой в 1,5 массы протона. Частица имеет положительный заряд (+1) и массу приблизительно 3,875 ГэВ».​ 
 
Участник коллаборации LHCb старший научный сотрудник ИТЭФ кандидат физико-математических наук Иван Михайлович Беляев отметил, что известные науке тетракварки могут включать в себя различную комбинацию кварков, но их объединяет то, что в них всегда содержится очарованный кварк и очарованный антикварк. 

«А Tcс+ содержит два очарованных кварка и два легких антикварка. Он принадлежит совершенно новому семейству частиц, так как он дважды очарованный. Все известные нам ранее тетракварки имели скрытое очарование — в их составе есть очарованный кварк и очарованный антикварк», — прокомментировал он.  

«Ширина частицы (или обратная величина времени жизни в энергетических единицах измерения), — пояснил Александр Бондарь, — не превышает пол МэВа, что само по себе необычно для такого сложноустроенного и тяжелого образования. Мы уверены, что именно наличие двух тяжелых кварков в такой системе принципиально важно для того, чтобы эта система была достаточно устойчивой и долгоживущей. В частности, есть уверенность, что если c-кварки (очарованные кварки) заменить на b-кварки (прелестные кварки), то такая частица будет жить много дольше. Точнее, она будет стабильна для сильных и электромагнитных взаимодействий и распадаться только за счет слабого взаимодействия. Время жизни такой системы становится уже очень большим по меркам физики частиц, и должно составлять примерно 10-13 секунды». 

Дальнейшая работа предполагает детальное изучение внутренней структуры частицы.  

«При массе чуть больше массы ядра гелия мы оценили размер Tcс+ примерно равным ядру атома радия (который в 50 раз тяжелее ядра гелия), то есть наша новая частица очень «рыхлая». Далее мы должны понять внутреннюю структуру этой частицы. Например, она может быть похожа на "атом", у которого есть очень маленькое и тяжелое "ядро", состоящее из двух очарованных кварков, окруженных облаком очень большого размера из легких антикварков. Или же она может быть похожа на "молекулу", в которой две тяжелые частицы D0 и D*+ вращаются друг от друга на расстоянии примерно в 8—10 раз большего размера каждой из этих частиц. Это основные варианты, и мы надеемся в какой-то момент узнать, какой именно сценарий реализуется в природе», — прокомментировал Иван Беляев.  

Он также отметил, что есть и другие вопросы, требующие разрешения:  

«Масса нового тетраквака находится близко к сумме масс двух очарованных мезонов — D*+D0. Мы не понимаем, почему их массы так близки, и этот вопрос вызывает большой интерес у теоретиков. Но и это еще не все. Существует еще одна загадочная частица χc1(3872) — она известна уже около 20 лет, но мы до сих пор не знаем, как она устроена. Обе эти частицы опять же имеют очень близкие массы к сумме масс очарованных мезонов. Совпадение это или нет? Не слишком ли много совпадений? Наша задача — найти этому объяснение».  

При этом частично на вопросы, поставленные на Большом адронном коллайдере в Женеве, можно получить ответы с помощью будущего российского коллайдера. 

«Отличия частиц заключается в том, — пояснил Александр Бондарь, — что у вновь обнаруженной два c-кварка в структуре, а у χc1(3872) с-кварк и анти с-кварк. Складывается впечатление, что это действительно «близкие родственники», есть что-то глубоко общее между ними. Поэтому более детальное, более точное изучение χc1(3872) поможет лучше понять физику в том числе и вновь открытого состояния. Электрон позитронный коллайдер Супер C-Тау Фабрика — проект, который развивает наш институт, безусловно, сможет дать много новой полезной информации в этом направлении».  

Оценивая значение открытия, Александр Бондарь отметил, что этот результат породит большое количество новых теоретических работ в области сильных взаимодействий на больших расстояниях.  

«Тот факт, что природа преподнесла нам такой подарок, говорит о том, что наше понимание сильного взаимодействия пока недостаточно глубокое. Мы хорошо понимаем, как устроено это взаимодействие на малых расстояниях, много меньших, чем размер ядра. Когда сильно взаимодействующие частицы находятся на расстояниях, сравнимых с размером ядра (10-13 см) или больше, то появляются сложные эффекты, связанные с рождением легких кварков из вакуума, и это качественно влияет на взаимодействие таких частиц. Теория пока бессильна рассчитывать такое сложное взаимодействие, и когда мы наблюдаем новые, очень красивые качественные эффекты, не описываемые квантовой хромодинамикой, это показывает, что теория требует дальнейшего совершенствования», — подчеркнул он. 

Экспериментальные данные набирались с 2011 по 2018 год, и на этой статистике наблюдается около 200 событий рождения новой частицы. Сигнал наблюдается уверенно со статистической значимостью, превышающей 10 стандартных отклонений (то есть вероятность наблюдать данный эффект из-за статистических флуктуаций пренебрежимо мала).    

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

Источник: www.sbras.info 


Источник: www.tvzvezda.ru​
 

Источники

Двойной очарованный тетракварк Tcс+ был открыт на Большом адронном коллайдере
Поиск (poisknews.ru), 29/07/2021
На Большом адронном коллайдере открыли новый класс тетракварков
ТАСС, 29/07/2021
Физики обнаружили новый подвид частиц
Наука в Сибири (sbras.info), 29/07/2021
Ученые открыли новую форму материи на Большом адронном коллайдере
Известия (iz.ru), 30/07/2021
Дважды очарованный тетракварк: физики заявили об открытии нового состояния материи
Популярная механика (popmech.ru), 30/07/2021
Дважды очарованный: физик рассказал об уникальных свойствах новой частицы материи
ТК Звезда (tvzvezda.ru), 30/07/2021
На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи. Почему ученые не понимают, с чем они столкнулись?
Lenta.Ru, 31/07/2021
Новосибирцы приняли участие в открытии новой формы материи: дважды очарованного тетракварка
Новая Сибирь (newsib.net), 01/08/2021
Физики открыли новый подвид элементарных частиц
ИА Regnum, 01/08/2021
Физики открыли новый подвид элементарных частиц
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 01/08/2021
Новосибирские ученые: в "зоопарке" элементарных частиц появился новый подвид
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 31/07/2021
Научная коллаборация с участием новосибирских физиков открыла новую форму материи
Сиб.фм (sib.fm), 31/07/2021
В зоопарке частиц появился новый подвид
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 31/07/2021
В зоопарке частиц появился новый подвид
Изобретатель (izobretatel.by), 02/08/2021
На БАК открыли новую форму материи
Энерговектор (energovector.com), 03/08/2021
Физики открыли новый тетракварк, содержащий два очарованных кварка
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 04/08/2021
Пресс-служба ИЯФ СО РАН П.С.
Изобретатель (izobretatel.by), 04/08/2021
Физики обнаружили новый подвид частиц
Академия новостей (academ.info), 05/08/2021
Дважды очарованный тетракварк открыли сибирские ученые | VN.RU
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 06/08/2021

Похожие новости

  • 27/03/2019

    Эксперимент в ЦЕРН подтвердил существование редких многокварковых состояний

    Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), 26 марта на конференции Moriond QCD объявила об обнаружении в распадах Λb-бариона трех пентакварков – «экзотических» структур, состоящих из пяти кварков.
    1257
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    1603
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    3898
  • 17/03/2021

    «НЗПП с ОКБ»: «Главное сейчас — найти свою нишу»

    Новосибирский завод полупроводниковых приборов с особым конструкторским бюро готовится увеличить выпуск полупроводников с 30% от общего объема продукции до 50%. О новых разработках, техническом перевооружении завода, взаимодействии с вузами и научным сектором, а также нюансах выхода на рынок массовой продукции «Континенту Сибирь» рассказали генеральный директор АО «НЗПП с ОКБ» Владимир  Исюк и профильные эксперты предприятия.
    1243
  • 04/05/2021

    Академик Павел Логачев: СКИФ дает возможность очень точно исследовать атомную структуру вещества любых молекул

    Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера спустя десятилетия работы на переднем крае науки продолжает разрабатывать источники синхротронного излучения, коллайдеры и другие установки не только для российской науки, но и в рамках международных проектов.
    919
  • 15/07/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона, которые, возможно, являются новой частицей Λb (1D) (лямбда-б барион (1D)) или Σb (сигма-б барион).
    1366
  • 12/05/2016

    Ученые представили результаты анализа всех доступных данных по измерению осцилляций Bs-мезонов

    Коллектив ученых из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которого входит группа из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, выяснил, с какой вероятностью B0s-мезон, состоящий из прелестного антикварка и странного кварка, превращается в свою античастицу и наоборот.
    2157
  • 22/04/2021

    «Машина времени»: модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет

    Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) – сверхчувствительный метод изотопного анализа, при котором производится тщательная селекция атомов вещества с подсчётом интересующих нас изотопов. Метод позволяет с высокой точностью датировать археологические находки и геологические породы, изучать состав атмосферы и ткани живых организмов разных исторических периодов.
    832
  • 20/04/2021

    «Экран ФЭП»: экологичная конкуренция, сотрудничество с государством и симбиоз с наукой

    Новосибирск занимает уникальное место на карте мирового рынка электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в приборах ночного видения. Здесь сосредоточены три из четырех российских (а это примерно половина всех мировых) предприятий, выпускающих эти устройства.
    536
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    1990